JP5690740B2 - treatment - Google Patents

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Description

本発明は、医療及び/又は美容処置用の方法及びデバイスに関する。特に、本発明の一側面は、患者の血液循環中の末梢血管抵抗を低減するための方法に方向に関する。本発明の他の側面は、末梢血管抵抗の増大を特徴とする疾患の処置方法に関する。また、本発明は、本方法を実施するためのデバイスにも関する。本発明の更なる側面は本デバイスの他の使用に関する。   The present invention relates to methods and devices for medical and / or cosmetic procedures. In particular, one aspect of the present invention is directed to a method for reducing peripheral vascular resistance in a patient's blood circulation. Another aspect of the invention relates to a method for treating a disease characterized by increased peripheral vascular resistance. The invention also relates to a device for carrying out the method. A further aspect of the invention relates to other uses of the device.

特許文献1に、深部静脈血栓症(DVT,deep vein thrombosis)の低減又は処置用の方法及びデバイスが説明されている。そのデバイスは、患者の脚(レッグ)に固定されて筋肉に電気的刺激を与えるのに使用される電極を含む。好ましくは、電極は、ふくらはぎの筋肉を収縮させる外側及び/又は内側膝窩神経を刺激するように配置される。これによって、筋静脈ポンプ(musculovenous pump)を動かして、その筋静脈ポンプ内おいて筋肉収縮によって血液循環が促進されて、肢中の血栓の危険性を低減させることができる。他の筋静脈ポンプとして足(フット)ポンプが挙げられ、そのデバイスは、ふくらはぎポンプに加えて又は代えて、足ポンプを刺激するのにも使用可能である。好ましくは、そのデバイスは、筋肉の等尺性収縮を誘起するのに使用されて、筋静脈ポンプが動かされるが、その刺激からのふくらはぎの運動は低減又は回避されるようにする。   Patent Document 1 describes a method and device for reducing or treating deep vein thrombosis (DVT). The device includes an electrode that is secured to the patient's leg and used to provide electrical stimulation to the muscle. Preferably, the electrodes are arranged to stimulate the outer and / or inner popliteal nerves that contract the calf muscle. As a result, a muscle vein pump can be moved to promote blood circulation by muscle contraction within the muscle vein pump, thereby reducing the risk of thrombus in the limb. Other muscle vein pumps include foot pumps, and the device can also be used to stimulate foot pumps in addition to or in place of calf pumps. Preferably, the device is used to induce isometric contraction of the muscle so that the muscle vein pump is moved, but calf movement from that stimulation is reduced or avoided.

特許文献1に記載されているように、そこで説明されている方法でのデバイスの使用は、脚中の静脈排出を増大させ、脚の長骨中の皮質の血流を増大させることが実証されている。こうした効果によって、そのデバイスについては、静脈血流の障害を特徴とするDVT以外の症状(潰瘍、静脈瘤、虚血、浮腫、静脈炎、骨粗鬆症、末梢血管疾患、冠動脈疾患、高血圧を含む)を処置するための使用も提案されている。これらの疾患は、そのデバイス及び方法が静脈血流を増大させることができることに基づいて、治療可能であると考えられる。   As described in U.S. Patent No. 6,057,059, the use of the device in the manner described therein has been demonstrated to increase venous drainage in the leg and increase cortical blood flow in the long bones of the leg. ing. Due to these effects, the device has symptoms other than DVT characterized by impaired venous blood flow (including ulcers, varicose veins, ischemia, edema, phlebitis, osteoporosis, peripheral vascular disease, coronary artery disease, hypertension). Use for treatment has also been proposed. These diseases are considered treatable based on their ability to increase venous blood flow.

国際公開第2006/054118号International Publication No. 2006054118

J.Trueta、“The role of the vessels in osteogenesis”、J. Bone Joint Surg. Br.、1993年J. et al. Truta, “The role of the vessels in osteogenesis”, J. Am. Bone Joint Surg. Br. 1993

驚くべきことに、そのデバイス及び同様のデバイスを用いて、患者の血流のパターンを変更することができることを究明した。   Surprisingly, it has been found that the device and similar devices can be used to change a patient's blood flow pattern.

筋肉の電気的刺激を用いて、ふくらはぎの筋静脈ポンプを動かして静脈排出を増大させるだけではなく、患者の血流のパターンを変更することができる証拠を提供する。特に、動脈の拡張期逆流が低減又は防止され得る。これは、末梢血管抵抗の低減の結果であると考えられる。血流の増強は以前から知られていたが、血流が顕著に変更可能であるという発見は予期しないものであり、デバイスの新規使用方法を複数提供する。   Using electrical stimulation of muscles provides evidence that not only can the calf muscle vein pump be moved to increase venous drainage, but also change the patient's blood flow pattern. In particular, arterial diastolic reflux can be reduced or prevented. This is thought to be the result of a reduction in peripheral vascular resistance. Although enhancement of blood flow has been known for some time, the discovery that blood flow can be significantly altered is unexpected and provides multiple new uses for the device.

異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける三人の別々の試験被験者の動脈血流の測定を示す。Figure 3 shows arterial blood flow measurements of three separate test subjects at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける刺激された肢と刺激されていない肢との皮膚の血流の速度を比較する。Compare the speed of skin blood flow between stimulated and unstimulated limbs at different stimulation levels. 異なる刺激レベルにおける刺激されていない肢と刺激されていない肢との皮膚の温度を比較する。Compare the skin temperature of unstimulated and unstimulated limbs at different stimulation levels. 刺激サイクル中の脛骨の赤外線分光法によって測定されたオキシヘモグロビンレベルを示す。Figure 6 shows oxyhemoglobin levels measured by infrared spectroscopy of the tibia during a stimulation cycle. 刺激中の全ての患者のデオキシヘモグロビンレベルの変化を示す。Shows changes in deoxyhemoglobin levels in all patients during stimulation. 第一の望ましい電極構成を示す。A first desirable electrode configuration is shown. 第二の望ましい電極構成を示す。A second preferred electrode configuration is shown. 試された複数の電極構成を示す。A plurality of electrode configurations tested are shown. 試された非対称及び対称の波形を示す。Figure 6 shows the asymmetric and symmetric waveforms that were tried. 電極及び波形の快適性試験の結果を示す。Results of electrode and waveform comfort tests are shown. 電極及び波形の快適性試験の結果を示す。Results of electrode and waveform comfort tests are shown. 本発明によるデバイスの一実施形態の図面を示す。1 shows a drawing of an embodiment of a device according to the invention. 本発明によるデバイスの一実施形態の図面を示す。1 shows a drawing of an embodiment of a device according to the invention. 本発明によるデバイスの一実施形態の図面を示す。1 shows a drawing of an embodiment of a device according to the invention. 本発明によるデバイスの一実施形態の図面を示す。1 shows a drawing of an embodiment of a device according to the invention.

本発明の第一の側面によると、患者の脚の末梢血管抵抗を低減する方法が提供される。本方法は、複数の脚筋に、その脚筋の等尺性収縮を生じさせるのに十分な一つ以上の電気的刺激を施す段階を備える。また、患者の脚の動脈の拡張期逆流を低減又は防止する方法も提供される。本方法は、複数の脚筋に、その脚筋の等尺性収縮を生じさせるのに十分な一つ以上の電気的刺激を施す段階を備える。   According to a first aspect of the invention, a method is provided for reducing peripheral vascular resistance in a patient's leg. The method includes applying to the plurality of leg muscles one or more electrical stimuli sufficient to cause an isometric contraction of the leg muscles. Also provided is a method of reducing or preventing diastolic reflux of a patient's leg artery. The method includes applying to the plurality of leg muscles one or more electrical stimuli sufficient to cause an isometric contraction of the leg muscles.

末梢血管抵抗の低減及び拡張期逆流の低減は、以前では筋肉の電気的刺激によって処置可能だとは知られていなかった追加的症状の処置を可能にする。特に、本発明は、末梢血管抵抗の増大を特徴とする疾患の処置方法も提供する。このような疾患として、下肢動脈疾患(末梢動脈疾患)、下肢リンパ排液障害、心臓病、むずむず脚症候群(ウィットマーク・エクボン症候群)、下肢の軟組織の損傷(皮膚及び筋肉の打撲傷、微小裂傷、スポーツでの怪我を含む)、炎症が挙げられる。本発明は、これらの各疾患の処置方法を提供する。また、末梢血管抵抗の低減は、被験者が怪我をしているか否かに関わらず、スポーツトレーニング及びリハビリにおいても有効であると考えられる。   The reduction of peripheral vascular resistance and the reduction of diastolic reflux allows the treatment of additional symptoms that were not previously known to be treatable by electrical stimulation of muscles. In particular, the present invention also provides a method for treating diseases characterized by increased peripheral vascular resistance. Such diseases include lower limb arterial disease (peripheral arterial disease), lower limb lymphatic drainage disorder, heart disease, restless leg syndrome (Witmark Ekbon syndrome), lower limb soft tissue damage (skin and muscle bruises, micro-lacerations, (Including sports injuries) and inflammation. The present invention provides methods for treating each of these diseases. In addition, the reduction of peripheral vascular resistance is considered to be effective in sports training and rehabilitation regardless of whether or not the subject is injured.

例えば、本発明の方法は、スポーツイベント後の回復時間を低減するのに使用可能である。このようなイベント(例えばフットボールの試合や競技レース)後においては、参加者が怪我をしていなくとも、イベント前のレベルにパフォーマンスが回復するには数日かかり得る。本発明の方法は、この回復時間を低減するのに有効であると考えられ、例えば、イベント後又はトレーニングセッション間に2〜24時間適用される。   For example, the method of the present invention can be used to reduce recovery time after a sports event. After such an event (eg, a football game or competition race), it may take several days for performance to return to the pre-event level, even if the participant is not injured. The method of the present invention is believed to be effective in reducing this recovery time and is applied, for example, 2-24 hours after an event or between training sessions.

また、本方法は、血液滞留が問題となり得る他の症状においても有効である。特に、G‐LOC(重力誘起意識消失,g−force induced loss of consciousness)の防止又は回避用である。このような実施形態では、本方法は、被験者が経験している重力をモニタリングする段階と、モニタリングされている重力の変化に応じて刺激を調節する段階(例えば、重力の増大は、刺激の周波数の増大をもたらし得る)とを備え得る。他の応用として、例えば宇宙旅行中の低重力下での血流の維持、長期間立っている間の血液滞留の可能性の低減(例えば、パレードの兵士)、突然立った際の立ちくらみの低減又は防止が挙げられる。   The method is also effective in other conditions where blood retention can be a problem. In particular, it is for preventing or avoiding G-LOC (gravity-induced loss of consciousness). In such embodiments, the method includes the steps of monitoring the gravity experienced by the subject and adjusting the stimulus in response to the monitored change in gravity (eg, increasing gravity is the frequency of the stimulus). Can be increased). Other applications include maintaining blood flow under low gravity during space travel, reducing the possibility of blood retention while standing for a long time (eg parade soldiers), Reduction or prevention.

脚筋は、好ましくはふくらはぎの筋肉であるが、本発明の特定の実施形態では、足首及び/又は足の筋肉組織の刺激が、代わりに又は追加的に用いられ得る。脚筋は好ましくは、筋静脈ポンプ(例えば、ふくらはぎポンプ、足ポンプ及び/又は大腿ポンプ)内に含まれる。   The leg muscles are preferably calf muscles, but in certain embodiments of the invention, stimulation of the ankle and / or foot musculature may be used instead or additionally. Leg muscles are preferably included in a muscle vein pump (eg, calf pump, foot pump and / or thigh pump).

刺激は、筋肉に直接印加されるか、又は適切な神経の刺激を介して間接的に印加され得る。例えば、好ましい方法は、膝窩の領域(この領域の神経グループは一般的に、体重に関わらず、最小のエネルギー要求で各人において容易にアクセス可能である)内の神経グループにアクセスすることによって下肢筋肉組織を間接的に刺激することである。特に断らない限り、本願における筋肉の刺激についての全ての言及は、直接的な刺激及び間接的な刺激の両方を包含するものであることを理解されたい。   Stimulation can be applied directly to the muscle or indirectly through appropriate neural stimulation. For example, a preferred method is by accessing a nerve group within the popliteal area (the nerve group in this area is generally easily accessible to each person with minimal energy requirements, regardless of weight). Indirect stimulation of lower limb muscle tissue. Unless stated otherwise, it is to be understood that all references to muscle stimulation herein include both direct and indirect stimulation.

ふくらはぎの筋肉の単独の収縮の望ましくない効果として考えられるものは、足底屈である。座っている個人においては、これによって、膝が上がり、このプロセスを目立つものにし得る。等尺性収縮によって、対向する筋肉又は筋肉のグループが結果としての肢の動きが小さく又は無くなるように刺激されることが保証される。刺激は、後方のふきらはぎの筋肉、便利にはヒラメ筋及び/又は腓腹筋に直接印加され得る。下肢筋肉の間接的な刺激は、膝窩の領域の外側膝窩神経の電気的刺激によって達成可能である(特に、大腿二頭筋の内側縁、大腿二頭筋の腱の内側における腓骨の後ろ)。更に、下肢筋肉の間接的な刺激は、内側膝窩神経(膝窩の領域の外側膝窩神経から内側に位置する)の電気的刺激によって達成可能である。   A possible effect of a single contraction of the calf muscle is plantar flexion. In a sitting individual, this can raise the knee and make this process stand out. Isometric contractions ensure that opposing muscles or groups of muscles are stimulated such that the resulting limb movement is reduced or eliminated. Stimulation can be applied directly to the posterior calf muscle, conveniently the soleus and / or gastrocnemius. Indirect stimulation of the lower limb muscles can be achieved by electrical stimulation of the lateral popliteal nerve in the area of the popliteal area (especially the medial edge of the biceps femoris, the back of the ribs inside the biceps tendon) ). Furthermore, indirect stimulation of the lower limb muscles can be achieved by electrical stimulation of the medial popliteal nerve (located inwardly from the lateral popliteal nerve in the region of the popliteal region).

第二の刺激は、すねの筋肉、便利には前脛骨筋に印加され得る。好ましくは、第二の刺激は、ふくらはぎの筋肉に印加される刺激と同時に印加される。脛骨筋の刺激単独でも血流をある程度促進するが、この第二の刺激の主たる目的は、望ましくない肢の運動を防止することである。後方のふくらはぎの筋肉のみに対する刺激の印加は、足首の関節の運動を生じさせると言う望ましくない副作用を有し得る。すねの筋肉に対する刺激の印加は、ふくらはぎの筋肉の収縮によって生じる足首の関節の運動を相殺して、足首及び膝の関節を比較的静止したままに保つ。   The second stimulus can be applied to the shin muscle, conveniently the anterior tibial muscle. Preferably, the second stimulus is applied simultaneously with the stimulus applied to the calf muscle. Although the tibial muscle stimulation alone promotes blood flow to some extent, the main purpose of this second stimulation is to prevent unwanted limb movement. The application of stimulation only to the posterior calf muscle may have the undesirable side effect of causing ankle joint movement. Application of stimuli to the shin muscles counteracts ankle joint movement caused by calf muscle contraction, keeping the ankle and knee joints relatively stationary.

代わりに、膝窩の領域の外側膝窩神経の刺激は、後方及び前方の下肢筋肉グループの収縮を単一の刺激点から開始させるという利点を有する。このような同時の刺激は、等尺的収縮をもたらすので、足首及び膝の関節が典型的には動かされない。また、外側膝窩の刺激は、足の筋肉の収縮も引き起こすので、所謂“足ポンプ”を引き起こす。更に、外側膝窩神経の選択的刺激の驚くべき利点は、結果としての筋肉の収縮が、立っていること及び歩いていることと完全に両立できることである。このモードの間接的刺激の更なる利点は、足底の筋肉の関与であり、これは、下肢からの血液のクリアランスに実質的に寄与することが示されている。更に、この方法での神経の刺激(直接筋肉に対してではない)によって、本方法を、筋肉収縮を刺激するのに用いられた際に皮膚の感覚又は不快感をほとんど又は全く感じさせないように作動させることができる。   Instead, stimulation of the outer popliteal nerve in the area of the popliteal region has the advantage that the contraction of the posterior and anterior lower limb muscle groups starts from a single stimulation point. Such simultaneous stimulation results in isometric contractions so that the ankle and knee joints are typically not moved. In addition, stimulation of the lateral popliteum also causes contraction of the leg muscles, thus causing a so-called “foot pump”. Furthermore, the surprising advantage of selective stimulation of the lateral popliteal nerve is that the resulting muscle contraction is completely compatible with standing and walking. A further advantage of this mode of indirect stimulation is the involvement of plantar muscles, which has been shown to contribute substantially to the clearance of blood from the lower limbs. In addition, nerve stimulation in this way (not directly against muscle) makes the method feel little or no skin sensation or discomfort when used to stimulate muscle contraction. Can be operated.

立つこと及び歩くことが前提とされない臨床環境では、内側膝窩神経を、外側膝窩神経の刺激と別に又は組み合わせて、刺激し得る。内側及び外側膝窩神経の二重の刺激の好ましいバージョンは、全下肢筋肉組織のほぼ最大の収縮をもたらし、ふくらはぎ及び足の両方の静脈ポンプの効率及び活動性の増強につながり、ひいては腹部に向けての中枢への下肢の外への静脈血液の運動をもたらす。   In clinical environments where standing and walking are not assumed, the medial popliteal nerve may be stimulated separately or in combination with stimulation of the lateral popliteal nerve. The preferred version of the dual stimulation of the medial and lateral popliteal nerves results in almost maximum contraction of all lower limb muscle tissue, leading to increased efficiency and activity of both calf and foot venous pumps, and thus towards the abdomen Brings movement of venous blood out of the lower limbs to the center.

本方法は、筋肉に対して電気的刺激を繰り返し施すことを備えることが好ましい。   Preferably, the method comprises repeatedly applying electrical stimulation to the muscle.

典型的な電気的刺激は、0から100mA、好ましくは0から50mA、より好ましくは1から40mA、最も好ましくは1から20mAの間の電流であり得る。他の刺激電流の例は15から30mAの間である。   A typical electrical stimulus may be a current between 0 and 100 mA, preferably between 0 and 50 mA, more preferably between 1 and 40 mA, most preferably between 1 and 20 mA. Another example of stimulation current is between 15 and 30 mA.

刺激はAC波形でもあり得るが、好ましくはDC波形であり、より好ましくはパルス化DC波形である。刺激は、0.01から100Hz、好ましくは0.1から80Hz、より好ましくは0.1から50Hz、更に好ましくは0.1から5Hzの周波数を有し得る。最も好ましい周波数は0.5〜5Hz、1〜5Hz、好ましくは1〜3Hzであり、例えば、1、2又は3Hzである。他の実施形態では、周波数は30から60Hz、より好ましくは40から50Hzであり得る。代わりに、0.1から1Hz、又は0.33から1Hzの周波数の刺激を用い得る。正確な所望の周波数は、特に、本方法の目的、生じさせたい所望の生理学的行動様式、一般的な物理的条件、年齢、性別、患者の体重に応じ得る。   The stimulus can be an AC waveform, but is preferably a DC waveform, more preferably a pulsed DC waveform. The stimulus may have a frequency of 0.01 to 100 Hz, preferably 0.1 to 80 Hz, more preferably 0.1 to 50 Hz, and even more preferably 0.1 to 5 Hz. The most preferable frequency is 0.5 to 5 Hz, 1 to 5 Hz, preferably 1 to 3 Hz, for example, 1, 2 or 3 Hz. In other embodiments, the frequency can be 30 to 60 Hz, more preferably 40 to 50 Hz. Alternatively, stimuli with a frequency of 0.1 to 1 Hz, or 0.33 to 1 Hz may be used. The exact desired frequency may depend on, among other things, the purpose of the method, the desired physiological behavior desired to occur, general physical conditions, age, sex, and patient weight.

好ましい刺激の特定の例として、5Hzの周波数で20mA、3Hzでの30mA、1Hzでの28mAが挙げられる。勿論、他の刺激も用い得る。   A specific example of a preferred stimulus is 20 mA at a frequency of 5 Hz, 30 mA at 3 Hz, and 28 mA at 1 Hz. Of course, other stimuli can also be used.

刺激は、0から1000msの間、100から900msの間、250から750msの間、350から650msの間、又は450から550msの間の期間にわたって印加され得る。特定の実施形態では、刺激は、最大5000ms、最大4000ms、最大3000ms、最大2000msにわたって印加され得る。他の期間も使用され得るが、この場合も、患者又は意図している行動様式の詳細に応じ得る。他の好ましい期間として、70から600msが挙げられる。特定の実施形態では、更に短い期間を用い得て、例えば25μsから800μsである。   Stimulation may be applied over a period of between 0 and 1000 ms, between 100 and 900 ms, between 250 and 750 ms, between 350 and 650 ms, or between 450 and 550 ms. In certain embodiments, the stimulus can be applied for up to 5000 ms, up to 4000 ms, up to 3000 ms, up to 2000 ms. Other time periods may be used, but again, depending on the details of the patient or intended behavior. Another preferred period is 70 to 600 ms. In certain embodiments, shorter time periods may be used, for example 25 μs to 800 μs.

刺激の特性は時間とともに変化し得る。例えば、単一の刺激の電流が、刺激の期間とともに増大し得る。好ましくは、増大は徐々にピークに向かう漸進的なものであり、その後、刺激は、ピークにおいて維持されるか、ピークにおいて打ち切られるか、又は徐々に減少し得る。代わりに、反復的な刺激が印加される場合、刺激の特性は、異なる刺激間において変化し得る。例えば、逐次的な刺激が、増大する電流レベルで印加され得る。この場合も、逐次的な刺激は、ピークに徐々に向かうものであり、それに続いてそのピークで維持されるか、又はピークから減少し得る。増大する刺激のサイクルは、複数回繰り返され得る。好ましい実施形態では、各刺激は、複数の短いパルスではなくて、単一のパルスである。   The characteristics of the stimulus can change over time. For example, the current of a single stimulus can increase with the duration of the stimulus. Preferably, the increase is gradual towards the peak, after which the stimulus can be maintained at the peak, truncated at the peak, or gradually decreased. Instead, when repetitive stimuli are applied, the characteristics of the stimuli can vary between different stimuli. For example, sequential stimuli can be applied at increasing current levels. Again, the sequential stimulus is gradually headed to the peak and subsequently maintained at that peak or may decrease from the peak. The increasing cycle of stimulation can be repeated multiple times. In a preferred embodiment, each stimulus is a single pulse rather than multiple short pulses.

刺激は、筋肉に対して複数の箇所に印加され得る。例えば、刺激は、脚の主軸(長軸)に沿って印加され得る。このような刺激は、同時に印加されるか、又は好ましくは刺激の‘波’が脚に沿って進むように順次に印加され得る。好ましくは、このような波は、患者の身体の上方に向かって進む。この波の効果は、脚から離れる血流を促進するのに役立つ筋肉収縮の対応する波を発生させる機能を果たすものである。しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、刺激は、脚の単一の点に印加されて、上述のように、外側膝窩神経を刺激する。“単一の点”は、一つよりも多い電極での刺激も含み得て、例えば、一対の正電極及び負電極が、使用者によって刺激が大きな領域に対してではなくて点で感じられるように十分に小さな間隔(例えば1〜3cm、又は最大2cm)で用いられる場合である。   Stimulation can be applied to multiple locations on the muscle. For example, the stimulus can be applied along the main axis (long axis) of the leg. Such stimuli can be applied simultaneously or preferably sequentially so that a 'wave' of stimuli travels along the leg. Preferably, such waves travel above the patient's body. This wave effect serves to generate a corresponding wave of muscle contraction that helps to promote blood flow away from the leg. However, in a preferred embodiment of the present invention, stimulation is applied to a single point on the leg to stimulate the lateral popliteal nerve as described above. A “single point” can also include stimulation with more than one electrode, for example, a pair of positive and negative electrodes can be felt by a user as a point rather than over a region of high stimulation. It is a case where it is used with sufficiently small intervals (for example, 1 to 3 cm, or 2 cm at the maximum).

また、末梢血管抵抗の増大を特徴とする症状を診断するための方法も提供される。本方法は、複数の脚筋に対して、その脚筋の等尺的収縮を生じさせるのに十分な第一の周波数及び/又は電流の一つ以上の電気的刺激を施す段階と、脚の血流をモニタリングして動脈流の拡張期逆流が低減又は防止されているかどうか及び/又は末梢血管抵抗が低減されているかどうかを求める段階とを備える。   Also provided is a method for diagnosing symptoms characterized by increased peripheral vascular resistance. The method includes applying one or more electrical stimuli to a plurality of leg muscles at a first frequency and / or current sufficient to cause isometric contraction of the leg muscles; Monitoring blood flow to determine if diastolic reflux of arterial flow is reduced or prevented and / or if peripheral vascular resistance is reduced.

本方法は、第二の周波数及び/又は電流で刺激を繰り返す段階及びモニタリングする段階と、動脈流の拡張期逆流の低減又は防止及び/又は末梢血管抵抗の低減を達成するのに必要な周波数及び/又は電流のレベルを求める段階とを更に備え得る。このことが生じるレベルは、症状の重症度に関しての情報を与え得る。   The method comprises the steps of repeating and monitoring stimulation at a second frequency and / or current and the frequency and frequency required to achieve reduction or prevention of diastolic regurgitation of arterial flow and / or reduction of peripheral vascular resistance. And / or determining the level of current. The level at which this occurs can give information about the severity of the symptoms.

本方法は、動脈流の拡張期逆流の低減又は防止及び/又は末梢血管抵抗の低減を達成するのに必要な周波数及び/又は電流のレベルを健常な対照患者に必要なレベルと比較する段階を更に備え得る。この場合も、これは、症状を診断し、又は症状の重症度に関する何らかの指標を与えるのに役立ち得る。健常な対照患者は、それ以外は患者と比較可能なように選択され得る。   The method comprises comparing the level of frequency and / or current required to achieve reduction or prevention of diastolic regurgitation of arterial flow and / or reduction of peripheral vascular resistance with that required for healthy control patients. Further provisions may be made. Again, this can help diagnose the symptoms or give some indication of the severity of the symptoms. Healthy control patients can be selected to be otherwise comparable to patients.

また、本発明によると、心臓の異常を有する患者の循環を促進するための方法も提供される。本方法は、複数の脚筋に、その脚筋の等尺的収縮を生じさせるのに十分な一つ以上の電気的刺激を施す段階を備える。上述のように、筋静脈ポンプの電気的刺激は、血流パターンの変更を促進するが、これは、心臓の異常を有する患者に有効となり得る。心臓の異常としては、心停止、心停止の疑い、不整脈、徐脈、狭心症が挙げられる。本方法は、心停止の場合の除細動に対する補助としても用いられ得る。また、心臓の異常を有する患者の循環を促進する用のデバイスも提供される。本デバイスは、患者の対向する脚筋に電気的刺激を施すための少なくとも一つの電極と、前記電極に接続可能な電源と、脚筋を等尺的に収縮させるのに十分な電気的刺激をその脚筋に施すように電極を作動させるための制御手段とを備える。また、本発明は、このようなデバイスと除細動器との組み合わせを備えたキットも提供する。代わりに、本デバイスが除細動器を含み得る。   The present invention also provides a method for promoting circulation in patients with cardiac abnormalities. The method includes applying to the plurality of leg muscles one or more electrical stimuli sufficient to cause an isometric contraction of the leg muscles. As mentioned above, electrical stimulation of the myovenous pump facilitates changes in blood flow patterns, which can be useful for patients with cardiac abnormalities. Heart abnormalities include cardiac arrest, suspected cardiac arrest, arrhythmia, bradycardia, and angina. The method can also be used as an aid to defibrillation in the case of cardiac arrest. Also provided is a device for promoting circulation of a patient having a cardiac abnormality. The device provides at least one electrode for applying electrical stimulation to a patient's opposing leg muscle, a power source connectable to the electrode, and sufficient electrical stimulation to cause the leg muscle to contract isometrically. And a control means for operating the electrode to be applied to the leg muscle. The present invention also provides a kit comprising a combination of such a device and a defibrillator. Alternatively, the device can include a defibrillator.

本発明の更なる側面は、骨の中の皮質血流の変更に関する。特許文献1で述べられているように、等尺的な筋肉刺激の方法は、皮質血流を促進することが示されている。その後、骨の酸素化及び骨の灌流が、本方法の使用によって増大されることが発見されて、本願において実証された。これによって、骨に対する薬剤のより効果的な輸送が可能になり、特に骨粗鬆症等の骨の疾患の治療用の薬剤が挙げられる。従って、本発明の更なる側面によると、骨の疾患の処置用の薬剤の投与を改善するための方法が提供される。本方法は、患者に薬剤を投与する段階と、複数の脚筋に、その脚筋の等尺的収縮を生じさせて骨の灌流を増強するのに十分な一つ以上の電気的刺激を施す段階とを備える。骨の疾患は骨粗鬆症であり得る。また、骨の疾患の処置用のキットも提供される。そのキットは、骨の疾患の処置用の薬剤、及び、患者の対向する脚筋に電気的刺激を施すための少なくとも一つの電極と、電極に接続可能な電源と、脚筋を等尺的に収縮させるのに十分な電気的刺激をその脚筋に施すように電極を作動させるための制御手段とを備えたデバイスを備える。   A further aspect of the invention relates to alteration of cortical blood flow in the bone. As described in Patent Document 1, an isometric method of muscle stimulation has been shown to promote cortical blood flow. Later, it was discovered that bone oxygenation and bone perfusion were increased by use of the present method and demonstrated herein. This enables more effective transport of the drug to the bone, and particularly includes drugs for the treatment of bone diseases such as osteoporosis. Thus, according to a further aspect of the invention, a method is provided for improving the administration of a medicament for the treatment of bone diseases. The method includes administering a drug to a patient and applying to the plurality of leg muscles one or more electrical stimuli sufficient to cause isometric contraction of the leg muscles to enhance bone perfusion. Stages. The bone disease can be osteoporosis. Kits for the treatment of bone diseases are also provided. The kit includes an agent for treating bone disease, at least one electrode for applying electrical stimulation to the opposing leg muscles of the patient, a power source connectable to the electrodes, and the leg muscles isometrically. And a control means for actuating the electrodes to apply sufficient electrical stimulation to the leg muscles to contract.

灌流の改善は、骨、腱、靱帯等の組織に対する造影剤(例えば医用画像目的用)の輸送を改善するのにも役立ち得る。従って、本発明の一側面は、造影剤の輸送を改善するための方法を提供する。本方法は、患者に造影剤を投与する段階と、複数の脚筋に、その脚筋の等尺的収縮を生じさせて造影剤の灌流を増強するのに十分な一つ以上の電気的刺激を施す段階とを備える。   Improved perfusion can also help improve the transport of contrast agents (eg for medical imaging purposes) to tissues such as bones, tendons, ligaments. Accordingly, one aspect of the present invention provides a method for improving contrast agent transport. The method comprises administering a contrast agent to a patient and one or more electrical stimuli sufficient to cause multiple leg muscles to cause isometric contraction of the leg muscles to enhance perfusion of the contrast agent. Providing a step.

本発明の更なる側面は、美容療法に関する。本願で実演されるように、本方法の使用は、末梢血管の循環、特に皮膚中の循環を増大させる。また、本方法は、循環が増強されている皮膚の温度も上昇させる。これらの効果は、個人の美容処置において有効であり得る。例えば、その効果として、セルライト又はコラーゲンの沈着の減少、肌の色合いの改善、肌の状態の改善が挙げられる。従って、本発明は、患者の美容処置用の方法を提供する。本方法は、患者の少なくとも一つの脚筋に、その脚筋を等尺的に収縮させるのに十分な電気的刺激を施す段階を備える。美容処置は、セルライト又はコラーゲンの沈着の減少、肌の色合いの改善、又は肌の状態の改善から選択され得る。また、美容療法用のキットも提供される。本キットは、患者の対向する脚筋に電気的刺激を施すための少なくとも一つの電極と、電極に接続可能な電源と、脚筋を等尺的に収縮させるのに十分な電気的刺激を脚筋に施すように電極を作動させるための制御手段とを備えたデバイスを備える。   A further aspect of the invention relates to cosmetic therapy. As demonstrated herein, the use of the method increases peripheral blood circulation, particularly in the skin. The method also increases the temperature of the skin where circulation is enhanced. These effects can be effective in personal cosmetic procedures. For example, the effect includes reduction of cellulite or collagen deposition, improvement of skin tone, and improvement of skin condition. Accordingly, the present invention provides a method for cosmetic treatment of a patient. The method includes applying sufficient electrical stimulation to at least one leg muscle of the patient to cause the leg muscle to contract isometrically. The cosmetic treatment may be selected from reducing cellulite or collagen deposition, improving skin tone, or improving skin condition. A kit for beauty therapy is also provided. The kit provides at least one electrode for applying electrical stimulation to the opposing leg muscles of the patient, a power source connectable to the electrodes, and sufficient electrical stimulation to cause the leg muscles to contract isometrically. And a device with control means for actuating the electrodes for application to the muscle.

特許文献1に記載のデバイスは、使用可能な特定の電極構成を含む。本願において、使用者にとってより快適に感じられる特定の新規電極構成を示すデータを実証する。従って、本発明は、患者の対向する脚筋に電気的刺激を施すための正電極及び負電極と、電極に接続可能な電源と、脚筋に等尺的に収縮させるのに十分な電気的刺激を脚筋に施すように電極を作動させるための制御手段とを備えたデバイスを提供する。ここで、一方の電極が他方の電極を実質的に囲む。   The device described in Patent Document 1 includes specific electrode configurations that can be used. In this application, data demonstrating a specific novel electrode configuration that feels more comfortable for the user is demonstrated. Accordingly, the present invention provides a positive and negative electrode for applying electrical stimulation to the opposing leg muscles of a patient, a power source connectable to the electrodes, and sufficient electrical power to cause the leg muscles to contract isometrically. There is provided a device comprising control means for actuating an electrode to apply a stimulus to a leg muscle. Here, one electrode substantially surrounds the other electrode.

“実質的に囲む”とは、一方の電極が、他方の電極の周囲の少なくとも66%、好ましくは少なくとも75%、より好ましくは少なくとも85%、より好ましくは少なくとも90%、最も好ましくは100%を囲むことを意味する。一方の電極が他方の電極によって完全に囲まれることは好ましいものではあるが、必須ではない。   “Substantially enclose” means that one electrode comprises at least 66%, preferably at least 75%, more preferably at least 85%, more preferably at least 90%, most preferably 100% around the other electrode. It means enclosing. Although it is preferred that one electrode is completely surrounded by the other electrode, it is not essential.

この電極構成は、使用者の快適性の知覚の改善につながることが分かった。   This electrode configuration has been found to lead to improved comfort perception of the user.

好ましくは、正電極が負電極を実質的に囲む。   Preferably, the positive electrode substantially surrounds the negative electrode.

一部実施形態では、電極は同心円状、又は実質的に同心円状である。他の実施形態では、電極は実質的に細長であり、好ましくは略四辺形(矩形等)、C字型、又はU字型であり得る。   In some embodiments, the electrodes are concentric or substantially concentric. In other embodiments, the electrodes are substantially elongated and may preferably be substantially quadrilateral (such as a rectangle), C-shaped, or U-shaped.

好ましくは、一方の電極が他方の電極よりも大きな面積を有し、好ましくは大きい方の電極が正電極である。   Preferably, one electrode has a larger area than the other electrode, and preferably the larger electrode is a positive electrode.

好ましくは、制御手段は、ACの電気的刺激を施すように構成される。好ましくは、電流の波形は非対称であり、便利には波形が、大きな強度で短期間の初期(正)パルスを与え、これに、小さな強度で長期間の(負)パルスが続く。二つのパルスの曲線内の面積は等しい。一実施形態では、初期パルスは、略方形の波形のものである。   Preferably, the control means is configured to apply an AC electrical stimulus. Preferably, the waveform of the current is asymmetric, conveniently the waveform provides a short-term initial (positive) pulse with high intensity, followed by a long-term (negative) pulse with low intensity. The areas in the curves of the two pulses are equal. In one embodiment, the initial pulse is of a substantially square waveform.

本発明の更なる側面は、患者の対向する脚筋に分布する神経に電気的刺激を施して、その脚筋の等尺性収縮を生じさせるための正電極及び負電極と、電極に接続可能な電源と、電極を作動させるための制御手段とを備えたデバイスを提供する。   A further aspect of the present invention is the ability to connect to the positive and negative electrodes for applying electrical stimulation to the nerves distributed in the opposing leg muscles of the patient to cause isometric contraction of the leg muscles. Provided is a device with a simple power supply and control means for actuating the electrodes.

好ましくは、正電極及び負電極は20〜30mmで離隔されるが、これが、好ましい刺激レベルを提供することが分かった。   Preferably, the positive and negative electrodes are spaced 20-30 mm apart, but this has been found to provide a favorable stimulation level.

電極は異なるサイズのものであり得て、好ましくは、正電極が負電極よりも大きい。これは、運動点におけるより高い電荷密度と、より高い全体的なキャパシタンスとを提供する。電極は銀電極であり得る。電極は、連続的なものか、孔を含むものであり得て、例えば、電極はソリッド電極であるか、メッシュ状のものであり得る。   The electrodes can be of different sizes, preferably the positive electrode is larger than the negative electrode. This provides a higher charge density at the motion point and a higher overall capacitance. The electrode can be a silver electrode. The electrodes can be continuous or can include holes, for example, the electrodes can be solid electrodes or meshed.

好ましい実施形態では、デバイスは、電極が取り付けられるフレキシブル基板と、電源と、制御手段とを備える。制御手段は、例えば、適切に電極を作動させるように構成されたPCBである。電源は電池であり得る。基板は好ましくはフレキシブルであるが非伸縮性であり、これによって、電極のひび割れ又は破損のリスクが減る。例えば、基板は熱可塑性エラストマーであり得る。   In a preferred embodiment, the device comprises a flexible substrate to which electrodes are attached, a power source, and control means. The control means is, for example, a PCB configured to actuate the electrodes appropriately. The power source can be a battery. The substrate is preferably flexible but non-stretchable, thereby reducing the risk of electrode cracking or breakage. For example, the substrate can be a thermoplastic elastomer.

電極は、従来の印刷法(例えばパッド又はタンポ(tampo)印刷)によって基板上に直接印刷され得る。同様に、導電性トラックも、必要であれば、基板上に印刷され得る。   The electrodes can be printed directly on the substrate by conventional printing methods (eg, pad or tampo printing). Similarly, conductive tracks can be printed on the substrate if desired.

基板は細長のストリップ又はタン状であり得て、電極がストリップに沿って離隔されている。このような構成では、導電性トラックを、近い方の電極近くを通って電源から遠くの方の電極まで配置する必要があり得る。このような構成では、デバイスは、導電性トラックを近い方の電極から離隔するように配置された一つ以上の絶縁ストリップ又は領域を備え得て、絶縁性ストリップも、又は絶縁性ストリップが代わりに、基板のストリップの縁に沿って配置されて、基板のストリップの領域の外への電流の漏れを防止し得る。代わりに、又は追加的に、基板は、導電性トラックを配置可能な凹部溝を備え得て、トラックを基板から離隔する役割を果たす。   The substrate can be an elongated strip or tongue, with the electrodes spaced apart along the strip. In such a configuration, the conductive track may need to be placed near the nearer electrode and farther away from the power source. In such a configuration, the device may comprise one or more insulating strips or regions arranged to separate the conductive track from the nearer electrode, the insulating strip or alternatively the insulating strip instead. May be disposed along the edges of the substrate strip to prevent leakage of current out of the region of the substrate strip. Alternatively or additionally, the substrate can be provided with a recessed groove in which a conductive track can be placed, which serves to separate the track from the substrate.

特定の実施形態では、デバイスは、患者に埋め込み可能に構成され得る(例えば皮下に埋め込み可能)。これは、デバイスの長期間使用が必要とされる慢性の症状において有効である。   In certain embodiments, the device may be configured to be implantable in a patient (eg, implantable subcutaneously). This is effective in chronic conditions where long-term use of the device is required.

デバイスは、電極を覆う導電性ゲルを更に備える。好ましくは、製造の簡単さ及び構造の一体性のため、ゲルは両方の電極を覆う単一片のものであり得る。材料のバルク抵抗率及び幾何学的形状に基づいて、漏れ抵抗が輸送抵抗よりもはるかに大きくなるように単一片のゲルが利用可能であることを実証した。使用可能なゲルの例として、ヒドロゲルやシリコーンが挙げられる。   The device further comprises a conductive gel covering the electrodes. Preferably, for ease of manufacture and structural integrity, the gel can be a single piece covering both electrodes. Based on the bulk resistivity and geometry of the material, it has been demonstrated that a single piece of gel can be used such that the leakage resistance is much greater than the transport resistance. Examples of gels that can be used include hydrogels and silicones.

デバイスは、以下のように組み立て可能である。フレキシブル基板を、略平坦で細長のストリップと、コンパートメントを形成する凹部とを備えて形成し得る。そして、電極及び導電性トラックを基板上に印刷して、電源及び制御手段を凹部内に配置する。これによって、すべての電気接続部が接続される。そして、凹部は、例えば、電源及び制御手段が凹部内に封止されるようにカバーを超音波溶接することによって、閉じられる。最後に、ゲルを電極上に配置する。   The device can be assembled as follows. The flexible substrate may be formed with a generally flat and elongated strip and a recess forming a compartment. Then, the electrodes and conductive tracks are printed on the substrate, and the power supply and control means are placed in the recess. As a result, all the electrical connections are connected. The recess is then closed, for example, by ultrasonically welding the cover so that the power source and control means are sealed within the recess. Finally, the gel is placed on the electrode.

デバイスは、使用時の正しい配置を補助する位置マークを更に備え得る。   The device may further comprise a position mark that assists in correct placement during use.

デバイスは、デバイスを作動又は停止させるための押しボタンを含み得る。制御手段は、複数の動作モード(例えば、異なる刺激特性)を提供するように構成され得る。押しボタンを用いて、それらのモードを切り替えることができる。デバイスは、光やLED等の表示手段を含み得て、選択された動作モードを示す。   The device may include a push button to activate or deactivate the device. The control means may be configured to provide a plurality of operating modes (eg, different stimulation characteristics). These modes can be switched using a push button. The device may include display means such as light or LED to indicate the selected mode of operation.

好ましくは、デバイスは、拡張期逆流を低減するためのものである。   Preferably, the device is for reducing diastolic backflow.

特定の実施形態では、デバイスは、例えば一回使用した後に使い捨てられるものであり得る。   In certain embodiments, the device may be disposable, for example after a single use.

デバイスは、十分に小型且つ軽量であるものとされ、例えば、長さ10cm以下、重さ100g以下、好ましくは20g以下であり、携帯性が高い。   The device is sufficiently small and lightweight. For example, the device has a length of 10 cm or less, a weight of 100 g or less, preferably 20 g or less, and has high portability.

使用時には、デバイスは、筋肉収縮を刺激するように作動させた際に、皮膚の感覚又は不快感をほとんど又は全く感じさせないように動作し得る。   In use, the device may operate with little or no skin sensation or discomfort when actuated to stimulate muscle contraction.

[図面の詳細な説明]
脚筋を電気的に刺激するためのデバイスについては、特許文献1に詳述されており、デバイスの完全な説明についてはその文献を参照されたい。本発明は、そのデバイス及び同様のデバイスの使用から観測された複数の予期せぬ効果に主に基づいたものであり、そのデバイスの特に好ましい実施形態について説明する。
[Detailed description of the drawings]
A device for electrically stimulating leg muscles is described in detail in U.S. Pat. No. 6,057,049, and reference is made to that document for a complete description of the device. The present invention is primarily based on a number of unexpected effects observed from the use of the device and similar devices, and a particularly preferred embodiment of the device will be described.

簡単に説明すると、特許文献1に開示されているようなデバイスの一実施形態は、使用時においてその使用者の下肢に着用可能な伸縮性材料のループを含む。伸縮性材料と集積されたクレードルに導電性ワイヤによって接続された第一の及び第二の電極が、伸縮性材料の内面上に配置される。   Briefly described, one embodiment of a device such as that disclosed in US Pat. No. 6,053,836 includes a loop of stretchable material that can be worn on the user's leg in use. First and second electrodes connected by conductive wires to a cradle integrated with the elastic material are disposed on the inner surface of the elastic material.

クレードル内に制御モジュールが取り付けられ、その制御モジュールは、動力電池、制御プロセッサ及び外部LEDを含む。   A control module is mounted in the cradle and includes a power battery, a control processor and an external LED.

制御モジュールは、クレードルから取り外し可能であり、一対の戻り止め及び対応する凹部によって、クレードル及び制御モジュールを連結させる。制御モジュール及びクレードルは、対応する電気コンタクト面を有し、導電性ワイヤを介して制御モジュールと第一及び第二の電極との間の電気通信を提供する。 The control module is removable from the cradle and connects the cradle and control module by a pair of detents and corresponding recesses. The control module and cradle have a corresponding electrical contact surface and provide electrical communication between the control module and the first and second electrodes via a conductive wire.

制御プロセッサは、タイマーモジュールと、データ蓄積部、プログラム蓄積部と、論理ユニットとを含む。   The control processor includes a timer module, a data storage unit, a program storage unit, and a logic unit.

使用時には、デバイスは以下のように動作する。伸縮性ループを使用者の下肢に、第一の電極がその下肢の後方においてふくらはぎの筋肉に接触し、第二の電極がその下肢の前方の筋肉に接触するように、着用させる。制御モジュールをクレードルと連動させると、デバイスは自動的に作動する。   In use, the device operates as follows. The elastic loop is worn on the user's lower limb such that the first electrode contacts the calf muscle behind the lower limb and the second electrode contacts the muscle in front of the lower limb. When the control module is linked with the cradle, the device is automatically activated.

プログラム蓄積部には、0.1秒間にわたる20mAで40HzのパルスDCを用いて、一分毎に電極を作動させるように構成された動作プログラムが予め組み込まれている。両方の電極を同時に作動させる。タイマーモジュールは、適切な時間間隔信号を発生させて、論理ユニットがプログラム蓄積部のプログラムを実行する。   The program storage unit is preinstalled with an operation program configured to operate the electrode every minute using a pulsed DC of 40 Hz at 20 mA for 0.1 second. Both electrodes are activated simultaneously. The timer module generates an appropriate time interval signal and the logic unit executes the program in the program storage unit.

電極が作動すると、使用者の筋肉が刺激されて収縮する。後方のふくらはぎの筋肉の収縮が第一の電極によって引き起こされて、ふくらはぎポンプを用いて脚から血液をポンピングすることによって、血液の滞留を低減する。前方の筋肉の収縮が第二の電極によって引き起こされて、後方のふくらはぎの筋肉の収縮を相殺することによって足首の不要な運動を低減するようにする。電極の各作動と同時に、制御モジュールの外面のLEDも動作して、デバイスが動作しているという目視確認を与える。   When the electrode is activated, the user's muscles are stimulated and contracted. The contraction of the posterior calf muscle is triggered by the first electrode to reduce blood retention by pumping blood from the leg using a calf pump. Anterior muscle contraction is caused by the second electrode to reduce unwanted movement of the ankle by offsetting the contraction of the posterior calf muscle. Simultaneously with each activation of the electrodes, the LEDs on the outer surface of the control module are also activated, giving a visual confirmation that the device is operating.

これまでの説明は、一実施形態のデバイスのものである。しかしながら、筋肉を刺激するための適切なデバイスを、従来の皮膚電極及び適切な電力源から構築可能である。以下の実験において使用されているのは、この型のテスト装備である。   The preceding description is that of the device of one embodiment. However, a suitable device for stimulating muscle can be constructed from conventional skin electrodes and a suitable power source. This type of test equipment is used in the following experiments.

[実験計画]
研究タイトル: 健常成人ボランティアの下肢血流を増強するための新規方法の効果を求める研究
課題: 本研究の主たる課題は、下肢の灌流の増強における局所的な電気的刺激の有効性を評価することである。第二の課題は、複式超音波及びプレチスモグラフィ法で、電気的刺激の強度及びレベルを変化させることに伴う血液流速及び血液量の変化を評価することである。
研究デザイン: 健常ボランティアの一中心の生理学的応答の研究
刺激の印加: 4時間の長期の着席中における健常ボランティアの下肢の血流に対する電気的刺激の効果を調査した。各被験者は、各自の研究用の着席を業界標準の航空機の座席で終えた。刺激器は、カスタム刺激プロトコルを用いた。表在性の電気的刺激を、膝窩の領域に位置する外側膝窩神経に印加した。
サンプルサイズ: 30人のボランティア
[Experimental design]
Research Title: A study seeking the effect of a novel method to enhance lower limb blood flow in healthy adult volunteers. It is. The second problem is to evaluate changes in blood flow rate and blood volume accompanying changes in the intensity and level of electrical stimulation in duplex ultrasound and plethysmography.
Study design: Study of central physiological responses in healthy volunteers Stimulation application: The effects of electrical stimulation on blood flow in the lower limbs of healthy volunteers during a 4-hour long-term seating were investigated. Each subject finished their study seating in an industry standard aircraft seat. The stimulator used a custom stimulation protocol. Superficial electrical stimulation was applied to the lateral popliteal nerve located in the popliteal area.
Sample size: 30 volunteers

[環境条件]
静かで安定していて無風の環境において温度及び湿度を制御して(24±1℃、相対湿度30〜40%)、検査を行った。ボランティアは、軽い朝食をとり、脂っぽい食事、タバコ及びカフェインを避け、前日の晩から激しい運動を控えるように指示されていた。ボランティアは軽装(下着)で、快適な位置で膝を曲げて座っていた。
[Environmental condition]
The test was performed in a quiet, stable and windless environment with temperature and humidity controlled (24 ± 1 ° C., relative humidity 30-40%). Volunteers were instructed to have a light breakfast, avoid greasy meals, tobacco and caffeine, and refrain from intense exercise the night before. The volunteers were lightly dressed (underwear) and sat in a comfortable position with their knees bent.

4時間の長期の着席中における健常ボランティアの下肢の血流に対する電気的刺激の効果を調べた。各被験者は、各自の研究用の着席を、この調査のために特別に入手した業界標準の航空機の座席で終えた。   The effect of electrical stimulation on the blood flow in the lower limbs of healthy volunteers during a 4-hour long seat was examined. Each subject completed their study seating with an industry standard aircraft seat specially obtained for this study.

つま先のバーの位置合わせによって、脚の隙間の距離は34インチに設定された。各被験者は、姿勢をほぼ一様に保つために安全ベルトによって座席に配置されて、各人が耐え得る限りで受動的であることが強く推奨された。   The leg gap distance was set to 34 inches by alignment of the toe bars. It was strongly recommended that each subject be placed on the seat by a safety belt to keep the posture almost uniform and be passive as long as each person can tolerate.

[生理学的評価]
このフェイズでは、電気的刺激の振幅及び周波数を変更して、関連する血流の変化を記録した。
[Physiological evaluation]
During this phase, the amplitude and frequency of the electrical stimulation was changed and the associated blood flow changes were recorded.

下肢の血流の変化を、所定の非侵襲性プレチスモグラフィ法(光プレチスモグラフィ、ストレインゲージプレチスモグラフィ、エアプレチスモグラフィ)、経皮酸素、及び可能であればカラーフロー複式超音波を用いて評価した。   Changes in lower limb blood flow were assessed using routine non-invasive plethysmography (optical plethysmography, strain gauge plethysmography, air plethysmography), transcutaneous oxygen, and, if possible, color flow duplex ultrasound .

プロトコルに応じての血流及び血液量の変化を、ボランティアの筋肉の動きによって求められた血流及び流速の変化と比較した。つまり、ボランティアは、10回の足底屈(かかとを地面につけたままでの10回のつま先持ち上げ運動)を行うように求められた。これが、着席位置において得ることができる最大の生理学的応答である。   Changes in blood flow and blood volume as a function of protocol were compared to changes in blood flow and flow rate determined by volunteer muscle movement. In other words, volunteers were asked to do 10 plantar flexions (10 toe-lifting exercises with the heel on the ground). This is the maximum physiological response that can be obtained in the sitting position.

ボランティアは、アンケート(口頭式評価スコア)及び採点表(視覚的アナログスコア)を使用して、電気的刺激シーケンスの容認性及び忍容性を評価するように求められた。不快感は、血圧の通常測定と関係していて、標準的な血圧計カフを用いて上腕で測定された。   Volunteers were asked to evaluate the acceptability and tolerability of electrical stimulation sequences using a questionnaire (oral evaluation score) and a scoring table (visual analog score). Discomfort was related to the normal measurement of blood pressure and was measured on the upper arm using a standard sphygmomanometer cuff.

4時間の着席期間に続いて、ボランティアは複式超音波で再検査されて、深部静脈の状態を再チェックして、顕著な血栓の発達を除外した。研究は、各被験者に対して、二回の別々の時期に行われて、実験バイアスを低減するためにそれらを平均化した。   Following the 4 hour seating period, the volunteers were re-examined with duplex ultrasound to recheck deep vein status and exclude significant thrombus development. The study was conducted at two separate times for each subject and averaged them to reduce experimental bias.

[刺激器]
デバイスは、異なる刺激電流及びパルス周波数に対応する様々なプリセットプログラムを生じさせる。波形は、運動神経の刺激用に特別に設計されて、直接的な筋肉刺激とは対照的である。パルス振幅は、1Hzから5Hzの範囲の周波数で1mAから40mAの範囲であり、理学療法及びTENSプロトコル(一般的に実質的により高い電流及び周波数を印加する)からは大きく逸脱している。
[Stimulator]
The device generates various preset programs that correspond to different stimulation currents and pulse frequencies. The waveform is specifically designed for motor nerve stimulation, as opposed to direct muscle stimulation. The pulse amplitude is in the range of 1 mA to 40 mA at a frequency in the range of 1 Hz to 5 Hz, and deviates significantly from physical therapy and TENS protocols (generally applying substantially higher currents and frequencies).

表1に示されるように、振幅及び周波数の2次元マトリクスに従って、各研究の過程において、一連の15個の異なる刺激プログラムを各被験者に適用した。各刺激プログラムの期間は、5分間であり、これに10分間の回復フェイズが続いて、次のシーケンス前に血管を再び平衡状態とした。   As shown in Table 1, a series of 15 different stimulation programs were applied to each subject in the course of each study according to a two-dimensional matrix of amplitude and frequency. The duration of each stimulation program was 5 minutes, followed by a 10 minute recovery phase, and the blood vessels were re-equilibrated before the next sequence.

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15個のプログラムの各々において、非侵襲性の血流及び血液量のパラメータを、自発的な筋肉収縮中に観測されるレベル及び対側肢で観測されるレベルを参照しながら、上述のように測定した。   In each of the 15 programs, non-invasive blood flow and blood volume parameters were determined as described above with reference to levels observed during spontaneous muscle contraction and levels observed in the contralateral limb. It was measured.

[例1:血流パターン]
ボランティアの静脈血流のパターンを、刺激された足の血管超音波を用いてモニタリングした。代表的な例が図1〜図3に示されている。図1aは20mA、5Hzでの第一の被験者の刺激を示し、図1bは5mA、5Hzでのもの、図1cは刺激無しでのものを示す。図2aは20mA、3Hzで刺激された第二の被験者のものを示し、図2bは刺激直後の同一の対象者のものであり、図2cは安静時の被験者のものである。図3aは、10mA、3Hzの刺激を受けている第三の被験者のものであり、図3bは1mA、3Hzでのもの、図3cは20mA、5Hzでのもの、図3dは5mA、1Hzでのもの、図3eは5mA、3Hzでのもの、図3fは安静時の被験者のものである。
[Example 1: Blood flow pattern]
Volunteer venous blood flow patterns were monitored using stimulated paw vascular ultrasound. Representative examples are shown in FIGS. FIG. 1a shows the stimulation of the first subject at 20 mA, 5 Hz, FIG. 1 b shows that at 5 mA, 5 Hz, and FIG. 1 c shows that without stimulation. FIG. 2a shows that of a second subject stimulated at 20 mA, 3 Hz, FIG. 2b is of the same subject immediately after stimulation, and FIG. 2c is of the subject at rest. FIG. 3a is for a third subject receiving 10 mA, 3 Hz stimulation, FIG. 3 b is at 1 mA, 3 Hz, FIG. 3 c is at 20 mA, 5 Hz, and FIG. 3 d is at 5 mA, 1 Hz. 3e is at 5 mA, 3 Hz, and FIG. 3f is the subject at rest.

これらの例においては、ベースラインからの静脈血流速の四重の増大があった。また、刺激の印加による頭側(頭部に向かう)静脈血流の周波数の顕著な増大もあった。   In these examples, there was a quadruple increase in venous blood flow rate from baseline. There was also a significant increase in the frequency of cephalic (toward the head) venous blood flow due to the application of the stimulus.

浅大腿動脈の流速は二倍であり、パルス波の動脈流の波形の逆流成分は、刺激の印加によって完全に除かれている。   The flow velocity of the superficial femoral artery is doubled, and the backflow component of the arterial flow waveform of the pulse wave is completely removed by applying the stimulus.

浅大腿動脈の逆流は、末梢血管の高い抵抗のためであり、心臓サイクル全体にわたる前進流は、末梢血管抵抗の顕著な低減を示唆する。   Superficial femoral artery regurgitation is due to high resistance of peripheral blood vessels, and advance flow throughout the cardiac cycle suggests a significant reduction in peripheral vascular resistance.

総末梢抵抗の低下(デバイスによる血管ポンプ作用の増大の結果)が、レーザードップラー及び静脈血管の血管超音波によって示され、血流が増大する。この結果は、心拍出力の増大傾向である。また、心拍数(毎分の鼓動数)には顕著な増大がないことが示された。このことが、動脈血流の増大及び波形の変化によって実証される。   A decrease in total peripheral resistance (resulting from increased vascular pumping by the device) is indicated by laser Doppler and venous vascular ultrasound, which increases blood flow. The result is an increasing trend in heart rate output. It was also shown that there was no significant increase in heart rate (beats per minute). This is demonstrated by increased arterial blood flow and waveform changes.

重要なのは、脚の多様な組織中の血流の増大が比例したものであるので、全組織中の血流の増大があり、よって、近接する組織からの血の‘拝借’がない。全ての組織、皮膚、筋肉、骨等が、血液の灌流の増大を有する。   Importantly, because the increase in blood flow in the various tissues of the leg is proportional, there is an increase in blood flow in all tissues, and thus no 'borrowing' of blood from adjacent tissues. All tissues, skin, muscles, bones, etc. have increased blood perfusion.

血流の抵抗は、動脈圧、心拍出力、全身の臓器に対する心拍出力の分布、多様な臓器組織に対する臓器血流の分布、毛細血管と動静脈吻合との間の組織血流の分割、毛細血管静水圧、心臓血管系内の血流の分布に影響を与え得る。これら全てが、特定の明確な設定のデバイスによって上方調節される。   Blood flow resistance includes: arterial pressure, heart rate output, distribution of heart rate output to whole body organs, distribution of organ blood flow to various organ tissues, division of tissue blood flow between capillaries and arteriovenous anastomoses, capillaries Hydrostatic pressure can affect the distribution of blood flow within the cardiovascular system. All of this is up-regulated by a specific well-defined device.

これに類似するのは運動であり、これでも、酸素消費量によって測定される運動の負荷が増大すると、総末梢抵抗が低減する。血管抵抗の低下は、心拍出力の漸進的増加を伴う。デバイスは、仕事負荷の実質的な増大無く、運動と比較して最小の酸素消費量で、この現象を模倣する。   Analogous to this is exercise, which still reduces total peripheral resistance as the exercise load measured by oxygen consumption increases. The decrease in vascular resistance is accompanied by a gradual increase in heart rate output. The device mimics this phenomenon with minimal oxygen consumption compared to exercise without a substantial increase in workload.

更に、微小循環血流の増大は、それまでは閉じていた又は‘休んでいた’毛細血管ネットワーク(局所的交換用に利用可能となる)の利用の増大によっても説明可能である。このことの効果は、組織の灌流の大幅な増大及び末梢血管抵抗に対する更なる効果である。   Furthermore, an increase in microcirculatory blood flow can also be explained by an increase in the use of previously closed or 'rested' capillary networks (available for local exchange). The effect of this is a further increase in tissue perfusion and peripheral vascular resistance.

これは新規でユニークな観測であり、心臓血管系及び血管治療法に対して大きなインパクトを有する。   This is a new and unique observation and has a great impact on the cardiovascular system and vascular therapy.

従って、電気的刺激の印加は、静脈血流を増大させて、動脈中の拡張期逆流を低減又は防止することができる。このことが全ての設定において生じる訳ではないことに留意されたい。図3dは、5mA、1Hzで刺激された際の逆流を示していない。   Thus, application of electrical stimulation can increase venous blood flow and reduce or prevent diastolic reflux in the artery. Note that this does not occur in all settings. FIG. 3d does not show the backflow when stimulated at 5 mA, 1 Hz.

この効果は、広範な治療及び診断応用に対する可能性を有する。例えば、その効果が特定の設定においてのみ生じるので、個々の患者においてその効果が生じる電流及び周波数は、通常の動脈流及び/又は末梢血管抵抗の特性となり得ると考えられる。このことを用いて、患者の循環障害の存在及び/又は重症度を診断することができる。治療的には、動脈流の修正及び末梢血管抵抗の低減は、虚血、心臓血管疾患、潰瘍等の広範な症状の処置において有効となり得る。   This effect has potential for a wide range of therapeutic and diagnostic applications. For example, since the effect occurs only in a particular setting, it is believed that the current and frequency at which the effect occurs in an individual patient can be characteristic of normal arterial flow and / or peripheral vascular resistance. This can be used to diagnose the presence and / or severity of a patient's circulatory disturbance. Therapeutically, correction of arterial flow and reduction of peripheral vascular resistance can be effective in treating a wide range of conditions such as ischemia, cardiovascular disease, ulcers and the like.

[例2]
レーザードップラー流動測定(LDF,Laser Doppler Fluxmetry)を用いて、皮膚の血流の速度を測定した。その結果が図4に示されている。LDFフラックス(血液の速度)は、ベースライン及び刺激されていない脚(ベースラインレベル付近の値を示す)と比較して、刺激された脚においては最大略1000%増大している。
[Example 2]
The velocity of skin blood flow was measured using laser Doppler flow measurement (LDF, Laser Doppler Fluxmetry). The result is shown in FIG. LDF flux (blood velocity) is increased up to approximately 1000% in stimulated legs compared to baseline and unstimulated legs (indicating values near baseline levels).

[例3]
皮膚の温度を刺激された脚及び刺激されていない脚において測定した。その結果が図5に示されている。刺激されていない脚と比較すると、刺激された脚においては全ての刺激で僅かな温度上昇がある。体内の温度は、代謝及び血流によって生じる。代謝が刺激中には変更されないので、皮膚の温度の僅かな上昇が、皮膚の表層の血流の増大の指標となる。
[Example 3]
Skin temperature was measured in stimulated and unstimulated legs. The result is shown in FIG. There is a slight temperature increase for all stimuli in the stimulated leg compared to the unstimulated leg. The body temperature is caused by metabolism and blood flow. Since metabolism is not altered during stimulation, a slight increase in skin temperature is an indication of increased blood flow in the skin surface.

[例4]
骨粗鬆症の治療
毎年、全世界で略2百万件の骨粗鬆症骨折が発生している(世界保健機関によると1990年には1.66百万件であり、2050年には毎年6百万人になると予想されている)。高リスクのグループには、老人と、脊髄損傷の人が含まれる。
[Example 4]
Treatment of osteoporosis Approximately 2 million osteoporotic fractures occur every year worldwide (according to the World Health Organization, there were 1.66 million in 1990 and 6 million in 2050 each year). Expected to be). High-risk groups include older people and people with spinal cord injury.

健常者においては、骨は、物理的要求に従って定期的に再形成されている。破骨細胞は骨からミネラルを取り出して、コラーゲン基質を再吸収させる一方で、骨芽細胞は、新しいコラーゲン基質及びミネラルの沈着を促す。   In healthy individuals, bone is regularly remodeled according to physical requirements. Osteoclasts remove minerals from the bone and resorb the collagen matrix, while osteoblasts promote the deposition of new collagen matrix and minerals.

身体が骨密度を制御するメカニズムについては、前世紀にわたって、様々な理論モデルが提案されている。1892年に、ウォルフは、骨の沈着は、骨の応力パターンに従うと提案した。フロストの1987年の“メカノスタット”理論では、骨は、習慣的な負荷の下で均一な歪みを維持するようにされると提案された。   Over the last century, various theoretical models have been proposed for the mechanism by which the body controls bone density. In 1892, Wolf proposed that bone deposition followed a bone stress pattern. In Frost's 1987 "Mechanostat" theory, it was proposed that the bone be made to maintain a uniform strain under habitual loads.

一部の人が骨密度を維持することに問題を抱える理由を説明するモデルは、当初、不使用に注目していた。老人においては、骨の使用の減少が、骨の維持の信号を送るのに必要な応力及び歪みの低下につながる。しかしながら、最近になって、原因論に対する血管成分が存在していることが提案されている。骨粗鬆症は、血管新生の減少(これ自体が不使用によって悪化する)、アテローム性動脈硬化による既存の血管中の流れの制限、又は単純により少ない血液循環をもたらすより低い活動レベルのいずれかによって、骨の灌流が損なわれた人において生じる(非特許文献1)。   Models that explain why some people have problems maintaining bone density initially focused on nonuse. In older people, reduced bone use leads to lower stress and strain necessary to signal bone maintenance. More recently, however, it has been proposed that a vascular component exists for causation. Osteoporosis is caused by either reduced angiogenesis (which itself is exacerbated by nonuse), restriction of flow in existing blood vessels due to atherosclerosis, or simply a lower level of activity that results in less blood circulation. Occurs in people with impaired perfusion (Non-Patent Document 1).

本発明は、骨の灌流を増大させることによって、骨粗鬆症に対する血管危険因子を緩和する可能性を有する。これは二つの方法で役に立つ。第一には、血液供給を増大することによって、灌流の低減による骨モデリングの制限を克服する。第二には、骨粗鬆症に対する薬剤介入を、骨の灌流の改善によって、骨により効果的に伝えることができる。   The present invention has the potential to alleviate vascular risk factors for osteoporosis by increasing bone perfusion. This is useful in two ways. First, it overcomes bone modeling limitations by reducing perfusion by increasing blood supply. Second, drug intervention for osteoporosis can be more effectively communicated to the bone by improving bone perfusion.

本発明者の監督下において行われた研究は、1)脛骨及び大腿骨における血流が、デバイスが活性だと増強されること、及び、2)灌流の指標は、デバイスが活性だと、骨が低酸素ではなくなることを示すことを実証した。   Studies conducted under the supervision of the inventor have shown that 1) blood flow in the tibia and femur is enhanced when the device is active, and 2) the indication of perfusion is bone when the device is active Has demonstrated that it is no longer hypoxic.

図6は、刺激サイクル(100秒間オンで100秒間オフ)中の脛骨の赤外線分光法によって測定したオキシヘモグロビンレベルを示す。総血液量(上方の線)は刺激中に低下しており、ふくらはぎポンプが排出を促進していることを示し、刺激中のオキシヘモグロビンレベルの上昇がより良い酸素化を示す(低酸素状態の低減)。   FIG. 6 shows oxyhemoglobin levels measured by infrared spectroscopy of the tibia during the stimulation cycle (on for 100 seconds and off for 100 seconds). Total blood volume (upper line) decreases during stimulation, indicating that the calf pump is promoting drainage, and increased oxyhemoglobin levels during stimulation indicate better oxygenation (hypoxic conditions) Reduction).

図7は、12人の被験者の合計の結果を示し、ベースラインに対して相対的なデオキシヘモグロビンの平均及び標準偏差の減少を示している。チャートのデバイス(NMSのラベル)は、活性時に顕著な減少を示す。スケールアイディアとして、これを、傾斜台法を用いて、血液供給を増大させることによって得られる減少と比較する。これは、既知の静水ステップ変化であり、被験者が傾斜台に背臥位で横たわり、台に固定されながら、被験者は真直ぐ立った状態へと傾斜されて、非常に大きな静水血管刺激を提供する。このチャートは、足の屈曲に対するデバイスでのDVTパラメータの比較と類似していると考えられる。   FIG. 7 shows the results for the total of 12 subjects, showing the deoxyhemoglobin mean and standard deviation reduction relative to baseline. The device on the chart (labeled NMS) shows a significant decrease upon activation. As a scale idea, this is compared to the reduction obtained by increasing the blood supply using the tilt table method. This is a known hydrostatic step change, where the subject lies in a supine position on the tilting table and is fixed to the table, while the subject is tilted to stand upright to provide very large hydrostatic vascular stimulation. This chart is believed to be similar to the DVT parameter comparison on the device for foot flexion.

これまでの例は、デバイス及び方法を用いて、新たな臨床目標を対象とすることができることを示している。それらとして以下のものが挙げられる:
・ 下肢動脈疾患‐末梢動脈疾患
・ 下肢リンパ排液の増強
・ 心臓病
・ 骨折
・ 骨髄灌流の増強‐例えば、鎌状赤血球クリーゼ、虚血骨髄、幹細胞、骨髄採取法の管理‐並びに、骨髄に薬を運ぶことによる癌治療の改善
・ 下肢の軟組織損傷‐皮膚及び筋肉の打撲傷及び微小な裂傷
・ スポーツトレーニング及びリハビリ
・ むずむず脚症候群(ウィットマーク・エクボン症候群)
・ 内皮由来の酸化窒素及びプロスタサイクリン遊離の増強。
Previous examples have shown that devices and methods can be used to target new clinical goals. These include the following:
・ Lower limb arterial disease-peripheral arterial disease ・ Enhancement of lower limb lymphatic drainage ・ Heart disease ・ Fracture ・ Bone marrow perfusion enhancement-management of sickle cell crisis, ischemic bone marrow, stem cells, bone marrow collection methods-and drugs for bone marrow Improvement of cancer treatment by transporting limbs-Soft tissue damage of the lower limbs-skin and muscle bruises and minor lacerations-Sports training and rehabilitation-Restless legs syndrome (Witmark Ekbon syndrome)
-Enhancement of endothelium-derived nitric oxide and prostacyclin release.

[例5]
不快感
神経筋刺激は、様々な応用に対して筋肉の活動を引き出すのに一般的に使用されている。それらとしては、運動、リハビリ、機能回復(例えば、下垂足刺激器)、また、最近では、多様な目的用のヒラメ筋ポンプを用いた血液供給の増強が挙げられる。
[Example 5]
Discomfort Neuromuscular stimulation is commonly used to elicit muscle activity for various applications. These include exercise, rehabilitation, functional recovery (eg, drop foot stimulator), and recently, enhanced blood supply using a soleus muscle pump for various purposes.

NMSは、無感覚な人(例えば脊髄損傷)の機能回復用に以前から一般的に使用されている。こうした使用者においては、刺激に関連する不快感又は痛みは問題とならない。   NMS has long been commonly used for functional recovery in insensitive persons (eg spinal cord injury). In such users, discomfort or pain associated with stimulation is not a problem.

しかしながら、感覚を有する使用者においては、刺激中の不快感又は痛みは問題であり、印加刺激レベルを制限する要因となることがある。   However, for users with sensations, discomfort or pain during stimulation is a problem and may be a factor limiting the applied stimulus level.

NMSでは、電気的刺激を用いて、骨格筋系の収縮を生じさせる。残念ながら、遠心性(運動)神経及び求心性(知覚)神経は、同一の神経導管において互いに束になっていて、追加の知覚神経は皮膚内に存在する。これは、運動神経を刺激することに加えて、NMSが、知覚神経に何らかの刺激をもたらすことを意味する。知覚信号が、多数及び急速に脳に到達すると、一部の人にとっては痛みとして捉えられ得る。   In NMS, electrical stimulation is used to cause contraction of the skeletal muscle system. Unfortunately, efferent (motor) and afferent (sensory) nerves are bundled together in the same nerve conduit, with additional sensory nerves present in the skin. This means that in addition to stimulating motor nerves, NMS provides some stimulus to sensory nerves. When sensory signals reach the brain in large numbers and rapidly, it can be perceived as pain for some people.

電極サイズと刺激応答との間の関係性は分かってきている。また、刺激の質及び忍容性が電極の位置に対して敏感であることも分かってきている。これらの関係性が、本発明者による一連の実験において更に調査された。   The relationship between electrode size and stimulus response has been known. It has also been found that the quality and tolerability of the stimulus is sensitive to the position of the electrode. These relationships were further investigated in a series of experiments by the inventors.

試された仮説の一つは、小さな電極は、皮膚受容器の周囲の領域への不必要な刺激無く、腓骨の外側膝窩領域を正確にターゲットとすることができるので、より耐えることができるものであるというものである。このことは、本実験においては信頼できるものではないと分かった。この知見は以下のように説明可能である。   One hypothesis tested is that the small electrodes can be more tolerated because they can accurately target the outer popliteal area of the radius without unnecessary irritation to the area surrounding the skin receptor It is a thing. This proved unreliable in this experiment. This finding can be explained as follows.

電流密度は皮膚/電極界面において通常は最大である一方で、筋肉収縮の質は、興奮点の電流密度によって決められる。   While current density is usually greatest at the skin / electrode interface, the quality of muscle contraction is determined by the current density at the excitatory point.

所定の電流に対して、小さな電極は、皮膚における電流密度の増大を与える。しかしながら、これは、興奮点における最大の電流密度を必ずしも意味する訳ではない。電極は、短絡を防止するために互いに必ず離隔される。電荷は、組織を介して、複数の間接的な経路で一方の電極から他方の電極へと流れる。従って、電荷は、電極と皮膚との間の界面よりも、組織内においてより広い経路を通り、電荷密度が皮膚において最も高く、組織内及び神経の興奮点で低くなるという効果を伴う。   For a given current, a small electrode gives an increase in current density in the skin. However, this does not necessarily mean the maximum current density at the excitement point. The electrodes are necessarily separated from each other to prevent short circuits. Charge flows through the tissue from one electrode to the other in multiple indirect paths. Thus, the charge has the effect of taking a wider path in the tissue than the interface between the electrode and the skin, with the charge density being highest in the skin and lower in the tissue and at the nerve excitement points.

皮膚界面と所望の刺激点との間の電流密度の差を小さくするような多様な電極配置において、実験を行った。   Experiments were conducted in a variety of electrode arrangements to reduce the difference in current density between the skin interface and the desired stimulation point.

異なるサイズの二つの電極を有することが有利であるとわかった。神経の興奮は、神経(通常は正の細胞外電荷及び負の細胞内電荷を有する)の消極によって達成されるので、負電極(カソード)が、神経を活動電位にする。刺激される正確な領域に小型のカソードを配置し、より大型のアノードをやや離れたサイトに配置して、刺激サイトのみにおいて高い電流密度とし、一般的には低い電流密度(活動電位以下)とすることが有利であると分かった。   It has proven advantageous to have two electrodes of different sizes. Neural excitement is achieved by depolarization of the nerve (usually having a positive extracellular charge and a negative intracellular charge), so the negative electrode (cathode) makes the nerve an action potential. A small cathode is placed in the exact area to be stimulated, and a larger anode is placed at a slightly separated site, resulting in a high current density only at the stimulation site, generally a low current density (below the action potential). It turns out to be advantageous.

この方法に対する改良は、カソードの両脇にアノードを提供して、アノードにおける(低い)電流密度のより大きな広がりを与えることである。考えられる電極の二つの実施形態として、図8の三つの平行なストリップ型(真ん中が負)と、図9のターゲット型(ブルズアイが負)が挙げられる。ターゲット型の変形例は、より近い又は開けた外側の円、楕円形を有する。   An improvement to this method is to provide an anode on both sides of the cathode, giving a greater spread of (low) current density at the anode. Two possible electrode embodiments include the three parallel strip types of FIG. 8 (negative in the middle) and the target type of FIG. 9 (negative bullseye). The target variant has a closer or open outer circle, ellipse.

電極構造を実験的に試した。   The electrode structure was experimentally tested.

24歳から50歳の範囲の10人の健常な被験者を用いた。各被験者に、各自の感覚が不快感無し(一番左)から極度の痛み(一番右)までのスケール上の何処に位置するのかを表す標準的な10cmの線分にマークするように求めることによって、視覚的アナログスコア(Visual Analog Score)を測定した。以前の研究において用いられた既存の電極構成及び波形とされた標準的な感覚に対して相対的にそれらのスコアを正規化するようにシステムを選んだ。   Ten healthy subjects ranging from 24 to 50 years old were used. Ask each subject to mark a standard 10 cm line segment where their senses are located on the scale from no discomfort (leftmost) to extreme pain (rightmost) The visual analog score was measured. The system was chosen to normalize their scores relative to the existing electrode configurations and corrugated standard sensations used in previous studies.

規格化された不快感スコアを、各構成に対して、その構成用のVASと標準的な構成用のVASとの間の水平距離に基づいて、導出した。従って、正のスコアは、より不快であることを示し、負のスコアはより快適であることを示す。   A normalized discomfort score was derived for each configuration based on the horizontal distance between the configuration VAS and the standard configuration VAS. Thus, a positive score indicates more unpleasant and a negative score indicates more comfortable.

図10のA〜Fは、使用された電極構成を示す。   A to F in FIG. 10 show the electrode configuration used.

対称なものと非対称なものの二つの波形が用いられた(図11を参照)。両方の場合において、電荷全体のバランスがとられていて(面積Aが等しい)、ガルバニック刺激は考えられない。   Two waveforms were used, symmetric and asymmetric (see FIG. 11). In both cases, the overall charge is balanced (area A is equal) and galvanic stimulation is not considered.

表2は、使用された電極/波形の組み合わせのキーを与える。   Table 2 gives the keys of the electrode / waveform combinations used.

Figure 0005690740
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図12は、x軸上の数字として各構成を示す。各自に対して、中央値の正規化VASがブルーバーで示されていて、一番目の四分位と三番目の四分位との間の範囲がウィスカーで示されている。   FIG. 12 shows each configuration as a number on the x axis. For each one, the median normalized VAS is shown with a blue bar, and the range between the first and third quartiles is shown with whiskers.

全て非対称な波形に対して、最も好ましい組み合わせはC、Dであり、次いでBであることが見て取れる。   It can be seen that for all asymmetric waveforms, the most preferred combination is C, D, then B.

構成1は、定義により、全ての場合において0点であることに留意されたい。   Note that configuration 1 is zero in all cases by definition.

図13は、各被験者に対する正規化されたVAS評価を、色別の線で示す。これは、非対称な波形が好ましいことをより明確にする。   FIG. 13 shows the normalized VAS assessment for each subject with lines by color. This makes it clearer that an asymmetric waveform is preferred.

最適な構成は、対称/ターゲット型配置であり、負電極が真ん中で、正電極が負電極よりも大きい。波形に関しては、非対称であるが電荷のバランスがとられたもの(大きな正のスパイクに続く小さいが長期間の負の電流)が快適性のためには最適であることを示している。   The optimal configuration is a symmetric / targeted arrangement, where the negative electrode is in the middle and the positive electrode is larger than the negative electrode. As for the waveform, it shows that an asymmetrical but well-balanced charge (small but long-term negative current following a large positive spike) is optimal for comfort.

本発明によるデバイスの好ましい実施形態が図14から図17に示されている。デバイス10は、フレキシブルで非伸縮性の熱可塑性エラストマーの基板12を備え、その基板12は、一端に細長のタン部14を含み、他端に成形凹部16を含む。   A preferred embodiment of the device according to the invention is shown in FIGS. The device 10 includes a flexible, non-stretchable thermoplastic elastomer substrate 12 that includes an elongated tongue 14 at one end and a molded recess 16 at the other end.

タン部14上に正電極18及び負電極20が印刷されている。正電極は負電極よりも僅かに大きい。各電極は、その電極から、凹部16内に位置する各コンタクトポイント26、28へとつながる導電性トラック22、24を含む。   A positive electrode 18 and a negative electrode 20 are printed on the tongue portion 14. The positive electrode is slightly larger than the negative electrode. Each electrode includes a conductive track 22, 24 that leads from the electrode to a respective contact point 26, 28 located in the recess 16.

図示されていないが、絶縁性ストリップが、正トラック22と負電極20との間に配置され、同様のストリップがタン部の縁に配置されて、望ましくない電流漏れを防止する。   Although not shown, an insulating strip is placed between the positive track 22 and the negative electrode 20 and a similar strip is placed at the edge of the tongue to prevent unwanted current leakage.

凹部16内に、電池(図示せず)と、電極を制御する適切な回路を含むPCB(図示せず)とが配置されている。導電性トラック22、24及びコンタクトポイント26、28と共に、PCBが完全な回路を形成する。プラスチックカバーが凹部16上に超音波溶接されて、部品を密封する。ゲル層がデバイス10全体の上に配置されて、使用者の肢との電気コンタクトを提供し、デバイスが使用者に接着していることを維持するのに役立つ。ゲルは、貼り直し可能なバッキング層によって、輸送中に保護可能である。   Disposed within the recess 16 is a battery (not shown) and a PCB (not shown) including appropriate circuitry for controlling the electrodes. Together with the conductive tracks 22, 24 and contact points 26, 28, the PCB forms a complete circuit. A plastic cover is ultrasonically welded onto the recess 16 to seal the part. A gel layer is placed over the entire device 10 to provide electrical contact with the user's limb and to help keep the device adhered to the user. The gel can be protected during transport by a re-stickable backing layer.

凹部16の外面は、集積ダイヤフラムボタン30と、LEDを表示するための開口部32とを備えて形成される。ボタン30は、バッテリーハウジング又はPCB上の対応するボタン30と接触してデバイスを作動させるように配置される。開口部32は、デバイスが動作しているかどうかを示すLEDを表示する。   The outer surface of the recess 16 is formed with an integrated diaphragm button 30 and an opening 32 for displaying an LED. The buttons 30 are arranged to contact the corresponding buttons 30 on the battery housing or PCB to activate the device. Opening 32 displays an LED indicating whether the device is operating.

10 デバイス
12 基板
14 タン部
16 凹部
18 正電極
20 負電極
22、24 導電性トラック
26、28 コンタクトポイント
30 ボタン
32 開口部
10 device 12 substrate 14 tongue portion 16 recessed portion 18 positive electrode 20 negative electrode 22, 24 conductive track 26, 28 contact point 30 button 32 opening

Claims (3)

患者の対向する脚筋に分布する神経に電気的刺激を施して前記脚筋の等尺性収縮を生じさせるための正電極及び負電極と、前記正電極及び前記負電極に接続可能な電源と、前記正電極及び前記負電極を作動させるための制御手段と、を備えたデバイスであって、
前記デバイスが細長のフレキシブル基板を備え、
前記細長のフレキシブル基板が一端に細長のタン部を、他端に成形凹部を含み、
前記電極が、前記正電極が前記負電極から前記基板に沿って長手方向に離隔される状態で前記細長のタン部上に取り付けられるかまたは直接印刷され、
前記正電極が前記負電極よりも大きく、
前記電源及び前記制御手段が、成形された凹部内に配置され、
前記電源が導電性トラックによって前記電極に接続され、
前記正電極の導電性トラックが一つ以上の絶縁ストリップ又は領域によって前記負電極から離隔され、
前記絶縁性ストリップ又は領域が、電流の好ましくない漏れを防止するように前記タン部の縁に配置され、
前記デバイスが、さらに前記デバイスを作動又は停止させるための押しボタンを含む、
デバイス。
A positive electrode and a negative electrode for applying electrical stimulation to nerves distributed in opposing leg muscles of a patient to cause isometric contraction of the leg muscles; and a power supply connectable to the positive electrodes and the negative electrodes; A control means for actuating the positive electrode and the negative electrode, comprising:
The device comprises an elongated flexible substrate;
The elongated flexible substrate includes an elongated tongue at one end and a molding recess at the other end,
The electrode is mounted on or directly printed on the elongated tongue with the positive electrode spaced longitudinally from the negative electrode along the substrate;
The positive electrode is larger than the negative electrode;
The power source and the control means are arranged in a molded recess,
The power source is connected to the electrode by a conductive track;
The conductive track of the positive electrode is separated from the negative electrode by one or more insulating strips or regions;
The insulating strip or region is arranged at the edge of the tongue to prevent undesired leakage of current;
The device further includes a push button to activate or deactivate the device;
device.
前記電極を覆う導電性ゲルを更に備えた請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1, further comprising a conductive gel covering the electrode. 除細動器を組み合わせた請求項1に記載のデバイス。   The device of claim 1 in combination with a defibrillator.
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